[发明专利]液态金属基自愈合锂电负极及制备方法和锂离子电池

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体提供一种液态金属基自愈合锂电负极及制备方法和锂离子电池。所述液态金属基自愈合锂电负极包括负极集流体和附着于所述负极集流体表面的负极材料，所述负极材料包括液态金属纳米颗粒与硅的复合材料、粘结剂；按照质量比，所述液态金属纳米颗粒与硅的复合材料：粘结剂＝(9～90)：1；其中，所述液态金属纳米颗粒与硅的复合材料中，液态金属纳米颗粒与硅的质量比为1：(1～5)。本发明的负极组装成锂离子电池时，液态金属纳米颗粒能够对硅材料进行自我修复，从而具有超长循环特性，并且可以实现快速充电，可进行高倍率放电。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种液态金属基自愈合锂电负极及制备方法和锂离子电池。

背景技术

随着对储能器件更高能量密度、长循环及超快充放电等技术的发展要求，开发更优秀的新一代电极材料显得尤为重要。目前商业锂电池使用的石墨负极材料其理论比容量仅为372mAh/g，难以满足新型高能量密度锂电池的应用需求。锂金属负极虽然有着很高的比容量(3860mAh/g)，但电池循环过程中容易形成锂枝晶，使用寿命不长，同时容易引发安全问题。相比而言，硅负极有着更高的理论比容量(4212mAh/g(Li₄.4Si))，且放电平台较低，不易析出锂枝晶，安全性能更好。然而，硅负极的实际应用仍然存在巨大挑战，主要体现在以下几个方面：1)在充放电循环过程中，锂离子的嵌入与脱出会使材料体积发生300％以上的变化，使材料逐渐粉化，最终导致电极活性物质与集流体脱离，破坏导电网络，导致电池循环性能降低。2)硅自身电导率较低。3)体积效应使得硅在电解液中难以形成稳定的固体电解质界面(SEI)膜，降低了库伦效率同时加剧了容量的衰减。

发明内容

针对目前硅基锂离子电池在充放电过程中体积膨胀过大导致SEI膜不稳定，最终导致电池循环寿命短等问题，本发明提供一种液态金属基自愈合锂电负极及制备方法。

以及，由上述制备方法获得的液态金属基自愈合锂电负极在锂离子电池中的应用。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种液态金属基自愈合锂电负极，包括负极集流体和附着于所述负极集流体表面的负极材料，所述负极材料包括液态金属纳米颗粒与硅的复合材料、粘结剂；

按照质量比，所述液态金属纳米颗粒与硅的复合材料：粘结剂＝(9～90)：1；

其中，所述液态金属纳米颗粒与硅的复合材料中，液态金属纳米颗粒与硅的质量比为1：(1～5)。

相应地，一种液态金属基自愈合锂电负极的制备方法，至少包括以下步骤：

步骤S01.将液态金属纳米颗粒的悬浊液与硅粉末进行超声处理，获得液态金属纳米颗粒与硅的复合材料；

步骤S02.将粘结剂和所述液态金属纳米颗粒与硅的复合材料分散于溶剂中，制成浆料，随后将获得的所述浆料涂覆于负极集流体表面，经干燥、裁切处理，得到液态金属基自愈合锂电负极。

以及，一种锂离子电池，包括正极、负极、隔膜、电解液及电池壳，所述负极为如上所述的液态金属基自愈合锂电负极，或者所述负极采用如上所述的液态金属基自愈合锂电负极的制备方法制备得到。

本发明液态金属基自愈合锂电负极的有益效果在于：

相对于现有技术，本发明的液态金属基自愈合锂电负极不需要添加额外的导电剂，而是直接以液态金属纳米颗粒作为自修复材料兼导电剂，提高了硅材料的含量，将其用于锂离子电池上时，具有良好的界面接触以及超低的电阻率，液态金属纳米颗粒能够对硅材料进行自我修复，从而具有超长循环特性，并且可以实现快速充电，可进行高倍率放电。

本发明提供的液态金属基自愈合锂电负极的制备方法，制备工艺少，生产效率高，成产成本低，能和现在的产业线可实现无缝衔接，极易实现产业化。